Soudage par faisceau d'électrons : définition, procédé, applications, avantages et inconvénients (notes PDF)

Aujourd'hui dans cet article, je vais vous donner un aperçu approfondi de la machine de soudage par faisceau d'électrons.

Ce procédé de soudage a été développé pour la première fois en 1949 par Karl-Heinz Steigerwald, qui était un physicien allemand.

Dans cet article, d'abord, nous verrons la définition, comment cela fonctionne, après cela, je vous montrerai également les applications, les avantages et les limitations de la machine EBW.

Alors sans plus tarder, plongeons dans l'article.

Qu'est-ce que le soudage par faisceau d'électrons ?

Le soudage par faisceau d'électrons est un procédé de soudage à l'état liquide dans lequel deux métaux similaires ou dissemblables sont joints par l'utilisation de chaleur et cette chaleur est générée par des électrons à haute énergie. Lorsqu'un électron frappe à grande vitesse la pièce, il y a deux formes de conversion d'énergie qui ont lieu : l'énergie cinétique et l'énergie thermique.

Construction de la machine de soudage par faisceau d'électrons :

La machine de soudage par faisceau d'électrons se compose des parties suivantes :

• Alimentation haute tension
• Canon à électrons
• Grille de cathode
• Anode
• Système de visualisation optique
• Lentille magnétique
• Bobine de déviation
• Chambre à vide
• Pièce
• Dispositif de maintien de la pièce

Alors maintenant, laissez-moi vous montrer ces pièces en détail.

Alimentation haute tension :

L'alimentation est catégorisée de deux façons : l'une comme basse, l'autre comme haute tension.

• La plage de basse tension pour le soudage mince est entre 5 et 30 kV.
• La plage de haute tension pour le soudage épais est entre 70 et 150 kV.

Canon à électrons :

Dans le canon à électrons, les électrons libres sont générés par émission thermoionique à partir d'un ruban ou fil métallique chaud.

Le but principal du canon à électrons est de convertir les électrons libres en un faisceau d'électrons à l'aide de la grille de cathode, de l'anode, de la lentille magnétique et de la bobine de déviation.

Grille de cathode :

Par cette partie, les électrons libres sont générés. Cependant, la tension des électrons libres générés est très faible en eV. Pour accélérer ces électrons libres, ils sont passés à travers un champ électrique élevé produit par l'anode et l'émetteur (cathode).

Anode :

L'anode est utilisée pour accélérer les électrons générés par la grille de cathode.

Système de visualisation optique :

Le système de visualisation optique nous aide à déterminer et à configurer le point d'action où le faisceau d'électrons impacte la pièce.

Lentilles magnétiques :

Les lentilles magnétiques ne laissent passer que les électrons convergents. Elles absorbent l'énergie faible des électrons divergents et fournissent un faisceau d'électrons à haute intensité.

Bobine de déviation :

• La bobine de déviation est un type de lentille magnétique et elle est utilisée dans les tubes à rayons cathodiques.
• Elle aide à balayer le faisceau d'électrons sur tout l'écran.

Chambre à vide :

• Dans la chambre à vide, il n'y a pas de présence d'air. Le soudage dans cette machine se fait dans le vide.
• La pression préréglée ici est inférieure à la pression atmosphérique ou à la pression atmosphérique.
• Elle est aussi connue sous le nom de tube de Braun ou chambre.

Pièce :

• La pièce est attachée aux dispositifs de fixation.
• La pièce peut être des métaux similaires ou dissemblables.

Dispositif de maintien de la pièce :

• Le dispositif de maintien de la pièce est aussi appelé dispositifs de fixation. Il est utilisé pour maintenir la pièce rigidement.
• Les dispositifs sont faits en acier moulé, acier inoxydable, fonte, acier à haute résistance, etc.

Principe de fonctionnement du soudage par faisceau d'électrons :

Le principe de fonctionnement du soudage par électrons est le même que l'usinage par faisceau d'électrons. Ici, nous utilisons pour joindre des métaux similaires ou dissemblables avec l'aide du faisceau d'électrons.

D'abord, nous fournissons l'énergie au système. Il y a une cathode [elle a une charge négative] attachée comme vous pouvez le voir dans le diagramme et celle-ci est en tungstène. Et juste en dessous, l'anode est connectée.

Maintenant, nous devons créer une différence de potentiel autour de 30 à 175 kV car lorsque la lumière cohérente provient des cathodes qui passent par les anodes et ces anodes aident à l'accélérer autant qu'elles le peuvent.

Maintenant, la lumière cohérente apparaît directement sur la pièce, pendant ce temps, une bobine de focalisation est attachée qui diminue l'écart supplémentaire entre la lumière cohérente.

Maintenant, la lumière arrive directement sur la pièce avec l'aide d'une bobine de déviation et ici la température est si élevée qu'elle fait fondre la pièce. L'énergie cinétique est maintenant convertie en énergie thermique.

La pièce est attachée aux dispositifs de fixation ici et tout le processus est fait dans le vide, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'air. Si l'air entre, la direction des lumières cohérentes peut être déviée et elle peut apparaître à un autre endroit que nous ne voulons pas souder.

Voici une vidéo de la machine moderne de soudage par faisceau d'électrons :

Applications du soudage par faisceau d'électrons :

Le soudage par électrons a une large gamme d'utilisations. Voici quelques-unes listées :

• Il est utilisé pour le soudage et le perçage de la pièce.
• Le soudage par faisceau d'électrons est utilisé pour diverses industries comme la marine, l'automobile, l'aéronautique, la fabrication, etc.
• Il est également utilisé dans le secteur de la défense pour la fabrication de divers produits.
• Pour joindre deux métaux similaires ou dissemblables.
• Pour le joint de matériaux réfractaires et ceux-ci sont le tungstène, les céramiques, etc.
• Il est aussi utilisé dans les industries médicales.
• Le soudage par faisceau d'électrons coupe des fentes étroites de 25 microns.

Avantages du soudage par faisceau d'électrons :

Voici quelques avantages du soudage par faisceau d'électrons :

• Il n'y a pas d'exigence de métal d'apport dans le soudage par électrons.
• Il y a très peu de distorsion.
• Les défauts de soudage apparaissent aussi très peu.
• Le soudage par électrons soude aussi les matériaux durs.
• La finition de surface obtenue dans ce processus est élevée.
• Il fournit également un taux de jointure métallique élevé.
• La zone affectée thermiquement et le soudage sont étroits.
• Ce processus aide également à joindre des métaux uniformes et de diffusion.
• Le processus de soudage est continu et serré.
• La pièce a des propriétés de haute résistance et maintient jusqu'à 95 % de la résistance des matériaux de base.
• Ce processus de soudage par faisceau est très précis.
• Le processus de soudage est entièrement automatisé.

Inconvénients du soudage par faisceau d'électrons :

Les inconvénients du soudage par faisceau d'électrons sont les suivants :

• Le processus ne peut pas être fait par un travailleur semi-qualifié, il nécessite un travailleur hautement qualifié, ce qui signifie que la personne doit avoir connaissance du processus de soudage par électrons.
• La taille de la pièce n'est pas grande, elle est limitée en raison de la chambre à vide.
• Une maintenance élevée est requise.
• L'équipement de soudage par électrons est coûteux.
• Le coût d'installation et le coût capital sont élevés.
• Le soudage par électrons a des rayonnements X et c'est un problème majeur pour l'homme et
• Les coûts de production sont aussi élevés.

Conclusion :

Voilà : l'aperçu approfondi du soudage par faisceau d'électrons.

J'espère que vous trouverez cet article intéressant. Nous avons également couvert de nombreux articles basés sur les connaissances autour des sujets de génie mécanique, n'hésitez pas à les consulter aussi.